3D打印技術，是新一輪科技革命和產(chan) 業(ye) 變革的重要驅動力。2024中關(guan) 村國際技術交易大會(hui) 上，清華大學科技成果轉化企業(ye) 清研智束發布了一款電子束3D打印新產(chan) 品，其技術與(yu) 這一領域當前主流技術路線截然不同。

2024中關(guan) 村國際技術交易大會(hui) 上。

電子束與(yu) 激光

3D打印技術又稱增材製造技術，是一種以數字模型文件為(wei) 基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，逐點逐層累積疊加形成三維實體(ti) 的新技術。由於(yu) 它對傳(chuan) 統的工業(ye) 流程、生產(chan) 線、生產(chan) 模式、產(chan) 業(ye) 鏈組合產(chan) 生深刻影響，已成為(wei) 新一輪科技革命和產(chan) 業(ye) 變革的重要驅動力之一。

3D打印又分為(wei) 金屬3D打印與(yu) 非金屬打印。其中，金屬3D打印多以鐵、鈦、鎳、鋼等金屬粉末為(wei) 原材料，具備定製化、低損耗、精密製造等優(you) 勢，廣泛應用於(yu) 航空航天、軍(jun) 工、醫療器械等對產(chan) 品性能要求苛刻的製造領域。相比非金屬3D打印，金屬3D打印的價(jia) 值量更大、技術壁壘更高、未來應用空間更大。

有研報稱，金屬3D打印的幾種技術路線中，激光選區熔化（SLM）是當前的主流方案。其產(chan) 品性價(jia) 比相對占優(you) ，技術難度也相對適中。

清華大學機械工程係長聘教授林峰說，在航空航天領域，隨著飛行參數不斷提高，對高溫金屬的增材製造需求越來越高。超燃衝(chong) 壓發動機進氣道、燃氣輪機渦輪葉片、固體(ti) 火箭發動機喉襯、高超飛行器端頭等零部件的工作溫度都超過1000℃。高溫金屬材料難以精確成形，使用激光打印極易開裂，但如果使用電子束選區熔化（EBSM）技術，開裂問題能夠解決(jue) 。

這項技術是以高能電子束為(wei) 熱源，基於(yu) 粉末床、CAD（計算機輔助設計）直接驅動的近淨成形金屬增材製造工藝。由於(yu) 其能量轉換率和吸收率更高、內(nei) 應力小，成型效果更好。他說，“原來會(hui) 開裂的材料，現在可以不開裂；原來需要設計很強支撐的結構，現在可以不支撐。”

多槍陣列技術突破

相比激光，金屬3D打印的電子束路線整體(ti) 性能更優(you) 越。但由於(yu) 電子束需要真空環境，這一技術路線研發難度更大，一段時間以來發展也相對滯後。

在這條路線上，清華大學和清研智束團隊已潛心摸索、艱苦攻關(guan) 20年。2004年，團隊成員在清華大學成功研發電子束選區熔化技術；2015年，清研智束注冊(ce) 成立；2017年，自主開發第一代商業(ye) 化設備；2021，推出Qbeam係列產(chan) 品；2023年，發布多槍陣列設備。

多槍陣列設備。

清華大學博士、北京清研智束科技有限公司研發總監趙德陳說，技術團隊發現，市場現存電子束增材設備，成形尺寸有限，是限製其在航空航天領域生產(chan) 應用的關(guan) 鍵。“當前國內(nei) 外主流的商業(ye) 化電子束增材製造設備，成形尺寸都不超過400毫米；而現實情況是，很多航空航天鈦合金零部件尺寸超過500毫米。”

為(wei) 實現大尺寸鈦合金零部件批產(chan) 解決(jue) 方案，技術團隊選擇多槍陣列技術。自2018年起，積累了解決(jue) 多槍幹擾、多電子束拚接校準等關(guan) 鍵技術20餘(yu) 項，成功研發Qbeam S600新產(chan) 品。產(chan) 品滿足航天航空對大尺寸、結構複雜構件的高效率、低成本批量化製造需求。打印尺寸擴大到600×600×700毫米，鈦合金極限沉積效率提高至每小時400立方厘米以上。

相比激光設備，這款電子束設備具有顯著批產(chan) 經濟型。以某醫療應用典型零件為(wei) 例，其單件成本降低47%，設備產(chan) 出提高至200%。

技術領先。

“據我所知，清研智束是全球唯一一家開展多槍陣列研究並產(chan) 業(ye) 化的設備製造商。”趙德陳說。

他表示，清研智束已經掌握電子束3D打印多槍陣列全套核心技術，多款更大尺寸設備處於(yu) 在研和已完成項目驗收階段。多槍陣列技術，或將開啟電子束增材製造的新篇章。

欄目主編：樊江洪

文字編輯：樊江洪

本文作者：肖彤

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